CN106286160A - 活塞式液体重力机 - Google Patents

Abstract

活塞式液体重力机是一种将液体重力能量转换为机械能量，实现机械对外做功的机器。工作原理：在和缸体直径相同的大口径进液窗口(类似内燃机进气门)快速开关作用下，大于工作缸体高度6倍以上的柱状液体重力能量(动力)推动活塞下行做功，活塞下行至下止点时另一缸活塞下行做功并推动上一缸上行，同时将上一缸内液体排入较大口径回液管(阻力)。工作缸数分为：3.4.6.8缸，动力与阻力比(不计磨察力)为6:2.67以上，能量转换效率大于50％。活塞式液体重力机不消耗有限能源，零排放，零污染,常温工作，轴承代替轴瓦，整机结构合理，使用成本低。活塞式液体重力机属于动力机械，主要用于发电，也可作为其它中低速匀速运转的动力源使用，用于边防、地下工程、远洋舰船无需能源补给。

Description

活塞式液体重力机

技术领域

本发明属于动力机械领域，特别涉及一种新能源的活塞式液体重力机。

背景技术

随着全球化石能源日渐减少和环境污染严重，寻求更高效和更清洁的新能源受到了各国政府的重视。

目前，新能源领域的太阳能、风能发展较为成熟，应用日趋广泛。但也存在发电成本高和发电不稳定，受气候、环境以及场地限制等不利因素。存在“靠天吃饭”问题。

发明内容

为了解决化石能源和已有清洁能源的不足， 本发明提出一种活塞式液体重力机设计方案，其特点是：在大口径进液窗口快速开启和关闭作用下，利用大于工作缸体容积三倍以上的柱状液体重力能量推动缸活塞下行做功，将液体重力能量转换为机械能量，实现机械对外做功。

其技术方案主要包括：1.能量储存系统 2.配液控制系统 3.能量转换系统 4.辅助系统。

1. 所述能量储存系统包括：储液罐、液体。

所述储液罐上部为长方形，底部为正方形，也可设计为上下都是圆形。储液罐内装有液体，液体高度为缸体高度的3—12倍（图1是3倍）；底部设有进液窗口和排液窗口，储液罐底部与工作缸缸体对接，储液罐内用隔板隔离出密闭回液管道，回液管道截面面积根据不同的整机转速需要（回液管道及排液窗口的截面面积越大，机器转速越高，反之则低）可分别设计为缸体截面面积的1/5、1/4、1/3或1/2，高度低于液面10—20cm，排液窗口设计为常开(无开关装置)；进液窗口的截面面积为缸体截面面积4/5、3/4、2/3或1/2（在实际工作中进液窗口的进液量是进液窗口和排液窗和截面面积之和），进液窗口的快速开启和关闭由进液窗内的多叶片开片关控制。

所述长方形储液罐底部与缸体对接处从方形渐变成圆形，储液罐底部与缸体采用法兰对接，中垫间密封垫，外周用螺丝螺帽夹紧，活塞装入缸体内。

2.所述配液控制系统包括：主控制齿轮、时控齿轮、时控拨杆、时控转盘、开关控制臂、橡胶轮、时控小齿轮、时控转盘定位盘时控转盘定位摇臂、多叶片控制齿轮组、多叶片开关、进液窗口、排液窗口、回液管道。

所述主控制齿轮紧配合安装在曲轴中心轴机架外侧一端；时控拨杆固定在时控齿轮上，时控齿轮用轴承安装在机架上与主控制齿轮啮合；橡胶轮用轴承安装在开关控制臂外端，开关控制臂固定在时控转盘上，时控小齿轮、时控转盘定位盘和时控转盘同轴紧配合安装后用轴承安装在机架上，时控转盘定位摇臂固定在机架上；时控小齿轮与多叶片控制齿轮组主动齿轮啮合，主动齿轮与被动齿轮啮合并控制同轴上的多叶片开关片的开启和关闭。

工作过程说明：上述主控制齿轮转动1/2圈，时控齿轮转动1圈并通过时控拨杆拨动时控转盘上的橡胶轮使时控转盘转动1/4圈（90度），时控转盘上的时控小齿轮带动多叶片各自转动1/4圈（90度），实现了进液窗口多叶片开关的快速开启和关闭，开启和关闭的速度是曲轴转速的1/8；改变主控制齿轮与时控齿轮传动比，可使多叶片开关的开关速度是曲轴转速的1/16。

进一步说明：所述进液窗口和多叶片开关，是一种快速开启和关闭进液窗口的机构。进液窗口为长方形，内壁平整光滑；多叶片开关的特征是：叶片多，开关转速快，阻力小密封性好；外形相似光滑薄壁圆管的1/2（半圆）形状，长度充满进液窗口内壁两侧，表面包裹耐油弹性橡胶，中心轴与半圆形叶片用放射形支杆多点连接，中心轴两端用轴承安装在进液窗口壁两壁外侧用密封圈密封，外侧一端安装传动齿轮（见图4.5.6）。

进一步说明：所述回液管道和排液窗口的平面面积越大，机器转速越高，能量转换效率越低；反之则转速低，能量转换效率高。

3. 所述能量转换系统包括：缸体、活塞、活塞环、活塞销、连杆、曲轴。

所述活塞环装入活塞槽内，连杆小头用轴承装活塞销，活塞销两端与活塞连接，活塞装入缸体，连杆大头用轴承与曲轴连接；两缸共用一个曲轴，曲轴中心轴两端用轴承安装在机架上，主控制齿轮、功率输出轮、刹车碟片紧固在机架外曲轴中心轴上，刹车蹄和刹车手柄固定在机架上。

工作过程说明：当多叶片开关处于开启状态时，储液罐内的液体高度以缸体高度的3—12倍柱状重力推动首缸活塞下行做功，活塞下行至下止点时进液窗口多叶片开关关闭，与此同时次缸进液窗口多叶片开关开启，次罐内的液体以3—9倍的柱状压力推动次缸活塞下行做功的同时将首缸缸体内液体从排液窗口排入回液管道，以此类推，四缸以1.3.2.4顺序循环工作，实现整机做功。

进一步说明：若设定储液罐内液体高度是缸体容积的6倍，排液窗口和回液管道平面面积是进液窗口和排液窗口之和的1/3，动力与阻力比是6:2.67，（不计磨察力）能量转换率大于50%；在保证稳定安全的前提下，储液罐内液体高度越高，能量转换效率越高。

所述曲轴，用两缸共用一曲轴，两缸以上曲轴之间采用万向器连接。

所述排液窗口为常开，无开关控制机构。

4. 所述辅助系统包括：（1）费油回收机构 橡胶皮碗、回油管接口、回油管、公用废油池、回油泵、回油分配管。（2）制动机构 制动碟片、刹车蹄、制动手柄。

（1）所述橡胶皮碗套在缸体底部，回油管接口插入回油管，回油管另一端接入共用油池，回油泵将共用油池内废油送入回油量分配管；回油分配管在每个储液罐处设置回油量调节阀，以使各灌回油量均衡。

（2）所述制动碟片安装在曲轴中心轴上，刹车蹄和制动手柄安装在机架上。制动机构是整机的刹车，是让整机停止工作，以便维修保养。

本发明的有益效果在于：1.将回液管道设在储液罐内，缩短了回液路程，减少了阻力，降低了生产成本。2.多叶片开关实现了进液窗口的快速开启和关闭，半圆形叶片有效减小了旋转阻力。3 多叶片开关快速开启和关闭与较大口径排液窗口及回液管道配合，大幅度提高了整机转速，从而使液体重力机进入实用性阶段迈出了一大步。

附图说明

附图是为了对发明方案做出更直观的示意说明，以下是附图标注说明：

1.储液罐 2.液体 3.回液管道 4.缸体 5.活塞 5a活塞销 6.活塞环 7.连杆 8.曲轴 9.进液窗口 10.排液窗口 11.进液窗口多叶片开关 12.进液窗口多叶片开关轴 13.多叶片开关控制齿轮组 14.时控小齿轮 15.时控转盘 16.开关控制臂 17.橡胶轮 18.时控开关拨杆 19.时控齿轮 20. 主控制齿轮 21. 时控转盘定位器 22.废油收集橡胶碗 23.回油管接口 24. 回油管 25.公用废油池 26.回油泵 27.回油分配管 28.功率输出轮 29.制动机构回油分配管 30.机架 31.油量分配调节阀 32.制动碟片 33.刹车蹄 34制动手柄 35.功率输出轮 。

图1从正面示意出了4缸活塞式液体重力机总体样式，包括储液罐、液体、能量转换系统和时控系统的构造关系。

图2从侧面示意出活塞式液体重力机单缸总体样式，包括储液罐、液体、能量转换系统和时控系统的构造关系。

图3示意出多叶片开关控制齿轮组、时控小齿轮、时控转盘的结构关系。

图4从侧面示意出多叶片开关开启状态。

图5从侧面示意出多叶片开关关闭状态。

图6从顶部示意出进液窗口、排液窗口3:1与缸的结构关系，其中，多叶片开关处于关闭状态。

图7示意出时控转盘定位器的结构。

具体实施方案

图1示意出了活塞式液体重力机的总体结构，可作为具体实施方案的参考。

活塞式液体重力机包括：1.储液罐 2.液体 3.回液管道 4.缸体 5.活塞 5a活塞销 6.活塞环 7.连杆 8.曲轴 9.进液窗口 10.排液窗口 11.进液窗口多叶片开关 12.进液窗口多叶片开关轴 13.多叶片开关控制齿轮组 14.时控小齿轮 15.时控转盘 16.开关控制臂 17.橡胶轮 18.时控开关拨杆 19.时控齿轮 20. 主控制齿轮 21. 时控转盘定位器 22.废油收集橡胶碗 23.回油管接口 24. 回油管 25.公用废油池 26.回油泵 27.回油分配管 28.功率输出轮 29.制动机构回油分配管 30.机架 31.油量分配调节阀 32.制动碟片 33.刹车蹄 34制动手柄 35.功率输出轮 。

所述储液罐1上部为长方形，底部为正方形，储液罐1内装有液体2，液体高度为缸体容积的6倍（图1是3倍），缸体上部高出液面25cm；底部设有进液窗口9和排液窗口10。储液罐1内隔离出密闭回液管道3，回液管道截面面积为缸体截面面积的1/3，高度低于液面15cm，排液窗口设计为常开(无开关装置)；进液窗口9截面面积为缸体体截面面积的2/3，进液窗口9的开启和关闭由进液窗内的多叶片开关11控制。

所述储液罐1底部与缸体4对接处从方形渐变成圆形，储液罐1底部与缸体4采用法兰对接，中垫间密封垫，外周用螺丝螺帽夹紧，活塞5装入缸体4内。

所述储液罐1底部正方形为进液窗口9和排液窗口10，开关叶片11两端中心轴12采用密封轴承分别安装在储液罐1底部正方形两壁上，开关叶片11之间、开关叶片11与罐体壁接触处的密封措施是，对开关叶片11表面包裹防油弹性橡胶。

所述连杆7小头用轴承和活塞销5a与活塞5连接，活塞5装入缸体4，连杆7大头用轴承与曲轴8连接；两缸共用一个曲轴，曲轴中心轴两端用轴承安装在机架30，主控制齿轮20安装在机架外曲轴中心轴一端。

所述主控制齿轮20与时控齿轮19啮合，时控拨杆18固定在时控齿轮19上；开关控制臂16固定在时控转盘15上，橡胶轮17用轴承连接在时控开关臂16外端，时控小齿轮14和时控转盘定位器21同轴固定在时控转盘15上，时控小齿轮14与叶片控制齿轮组13啮合，叶片控制齿轮组主或被动齿轮组13与进液窗口多叶片开关11同轴安装。

所述时控转盘定位器16a控制时控转盘15及多叶片开关11的准确位置。

所述曲轴8采用两缸共用一曲轴方式，曲轴8两端中心轴用轴承安装在机架30上，两曲轴之间采用万向器连接。

所述费油回收机构包括：橡胶皮碗22回油管接口23回油管24公用废油池25回油泵26回油分配管27；所述橡胶皮碗22套在缸体4，回油管24a一端套在回油管接口23上，另一端放入公用废油池25固定，回油管24公用废油池25；所述回油管24b一端套在回油泵26上回油管接口27b上；所述回油泵25放入公用废油池25固定，回油分配管27固定在储液罐1上。

所述制动机构包括： 制动碟片32刹车蹄33制动手柄34；所述制动碟片32安装在曲轴8中心轴上，刹车蹄33和制动手柄34安装在机架上。

Claims (5)

1.活塞式液体重力机由4部分构成，包括：能量储存系统、配液控制系统、能量转换系统和辅助系统。

2.根据权利要求1所述活塞式液体重力机的能量储存系统，其特征在于，包括：储液罐（1）、液体（2）；a.所述储液罐（1）内装有液体（2），液体（2）高度为缸体容积的3倍以上，在保证整机安全稳定的前提下液体（2）高度越高，能量转换效率越高；b.所述储液罐（1）内设有回液管道（3）；c.所述储液罐（1）底部设有进液窗口（9）和排液窗口（10）；d.所述储液罐（1）与缸体 （4）上部采用法兰连接。

3.根据权利要求1所述活塞式液体重力机的配液控制系统，其特征在于，包括：回液管道（3）进液窗口（9）排液窗口（10）进液窗口多叶片开关（11）多叶片开关控制齿轮组（13）时控小齿轮（14）时控转盘（15）开关控制臂（16）时控转盘定位器（16a）橡胶轮（17）时控开关拨杆（18）时控齿轮（19）主控制齿轮（20）时控转盘定位盘（21）时控转盘定位摇臂（21a）；a.所述回液管道（3）设在储液罐（1）内，截面面积分别设计为缸体（4）截面面积的1/5、1/4、1/3或1/2，高度低于液面10—30cm（和缸体高度有关联）；b.所述排液窗口（10）设在储液罐（1）底部，为常开(无开关装置)，截面面积与回液管道（3）相同；c.所述进液窗口（9）设在储液罐（1）底部，截面面积分别设计为缸体（4）截面面积的4/5、3/4、2/3或1/2，进液窗口（9）的快速开启和关闭由进液窗口多叶片开关（11）控制；d.所述进液窗口和多叶片开关（11），是一种快速开启和关闭进液窗口的机构；进液窗口（9）为长方形，内壁平整光滑；多叶片开关的特征是：叶片多、开关速度快、阻力小、密封性好，外形相似光滑薄壁圆管的1/2（半圆）形状，长度充满进液窗口（9）内壁两侧，表面包裹耐油弹性橡胶，中心轴（12）与半圆形叶片用放射形支杆多点连接，中心轴（12）两端用轴承安装在进液窗口（9）两壁，外侧用油封密封，油封外安装传动齿轮（13）；多叶片开关（11）的快速开关是通过以下构件实现的：主控制齿轮（20）安装在曲轴（8）中心轴上，主控制齿轮（20）与时控齿轮（19）啮合，时控拨杆（18）固定在时控齿轮（19）上；开关控制臂（16)固定在时控转盘(15)上，橡胶轮(17)用轴承连接在时控开关臂(16)外端，时控小齿轮(14)和时控转盘定位盘（21）同轴固定在时控转盘(15)上，时控转盘定位摇臂（21a）固定在机架上，时控小齿轮(14)与叶片控制齿轮组(13)啮合，叶片控制齿轮组(13)与进液窗口多叶片开关(11)同轴安装；其工作过程是：主控制齿轮（20）转动1/2圈，时控齿轮（19）转动1圈并通过时控拨杆（18）拨动时控转盘（15）上的橡胶轮（17）使时控转盘（15）转动1/4圈（90度），时控转盘（15）上的时控小齿轮（14）带动多叶片开关（11）各自转动1/4圈（90度），实现了多叶片开关（11）的快速开启和关闭，开启和关闭的速度是曲轴（8）转速的1/8；改变主控制齿轮（20）与时控齿轮（19）的传动比并增加控制机构，可使多叶片开关（11）的开关速度提高到曲轴（8）转速的1/16。

4.根据权利要求1所述活塞式液体重力机的能量转换系统，其特征在于，包括：缸体（4）活塞（5）活塞环（6）活塞销（5a）连杆（7）曲轴（8）功率输出轮（20a）；所述连杆（7）小头用轴承和活塞销（5a）与活塞（5）连接，活塞（5）装入缸体（4），连杆（7）大头用轴承与曲轴（8）连接；两缸共用一个曲轴（8），曲轴（80中心轴两端用轴承安装在机架（30）上，主控制齿轮（20）和功率输出轮（35）安装在机架（30）外曲轴（8）中心轴一端。

5.根据权利要求1所述活塞式液体重力机的辅助系统，其特征在于，包括：费油回收机构和制动机构；a.所述费油回收机构包括：橡胶皮碗（22）回油管接口（23）回油管（24）公用废油池（25）回油泵（26）回油分配管（27）；所述橡胶皮碗（22）套在缸体（4），回油管（24a）一端套在回油管接口（23）上，另一端放入公用废油池（25）固定，回油管（24）公用废油池（25）；所述回油管（24b）一端套在回油泵（26）上，另一端套在回油管接口（27b）上；所述回油泵（26）放入公用废油池（25）固定，回油分配管（27）分别固定在储液罐（1）上；b.所述制动机构包括： 制动碟片（32）刹车蹄（33）制动手柄（34）；所述制动碟片（32）安装在曲轴（8）中心轴上，刹车蹄（33）和制动手柄（34）安装在机架上。